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德国卡尔斯鲁厄理工学院研制出单原子晶体管 创晶体管尺寸最小纪录

来源:国防科技信息网|

发表时间:2018-08-29

点击:6729

[据卡尔斯鲁厄理工学院官方网站2018年8月16日报道]近日,德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员成功研制出单原子晶体管,创造了当前晶体管尺寸最小纪录。该晶体管可保存在固态凝胶电解质中,是一种量子电子学器件,可在室温下通过控制单原子的重新定位来开关电流,工作耗电量很少,为未来信息技术发展开辟了全新的道路。该研究已发表在《先进材料》杂志。

数字化进程的加深使全球能耗加剧。在工业化国家,目前信息技术耗能在总能耗中所占的比重已超过10%。晶体管作为计算中心、个人电脑、智能手机或嵌入式系统数字信号处理单元的核心器件,广泛应用于洗衣机等家用电器和飞机的航空电子系统中。仅一个商用低成本U盘就包含有数十亿个晶体管。德国卡尔斯鲁厄理工学院研制的单原子晶体管的工作能耗仅为传统硅基晶体管的万分之一,有望大幅提升信息技术应用领域的能源利用效率。

在《先进材料》发表的论文中,研究人员详细介绍了单原子晶体管的制作过程及工作原理。研究人员首先制作了两个微型金属电极,两电极之间的距离约为单个金属原子的直径。然后通过电控脉冲,将一个银原子放置在两电极之间,形成闭合电路。当银原子被再次移动时,电路将中断。这一世界上最小的晶体管就是通过控制一个银原子的可逆运动来实现电流开关的。与传统的量子电子器件不同的是,单原子晶体管不仅能在接近绝对零度(-273°C)的极低温度下工作,还能在室温下工作,这对于未来应用来说是一个极大的进步。

单原子晶体管采用了全新的技术途径。整个晶体管仅由金属材料组成,不含半导体材料。这使得晶体管能以极低的电压工作,从而及大地减少了工作能耗。该晶体管最初只可以在液态电解液中应用,目前,研究人员已经完成了可在固态电解液中工作的单原子晶体管的设计。这种固态电解液由含水银电解液和焦化二氧化硅组成,兼具固体的稳定性和液体的电化学性质,可同时提高单原子晶体管的安全性和处理能力。(工业和信息化部电子第一研究所李铁成)

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